什么是太赫茲？

什么是太赫茲？

電磁波這個大自然存在的東西，人類在很長的時間內都沒有識別到。

直到一個偉大的數學天才——，通過總結等人的實驗結果，經過數學嚴密推導，預言了電磁波的存在。然后，在實驗中證實了這個預言。

然后在上個世紀，電磁波的應用才真正進入到人類社會。

在移動通信中，從最早的1G，幾十年間發展到現在的5G以及將來的6G，對電磁波頻段的需求越來越大，從最初的兆赫茲（MHz），到現在的吉赫茲（GHz）。

移動通信中的兩個G的意思是不一樣的。比如，5G中的“G”是Generation 的意思，5G就是第五代；而電磁波頻率的G是指GHz，1GHz=1000000000Hz，也就是電磁波一秒鐘運行1000000000個周期。

然而，5G的主流頻譜并不是5GHz。

麥克斯韋的偉大之處是統一了電和磁，也統一了電磁波和光，所以電磁波的頻譜也從長波，短波，微波，毫米波，紅外，可見光，紫外，以及更高頻率的X射線， 伽馬射線等等。

太赫茲，就是電磁波頻率在THz的這一段電磁波頻譜。

太赫茲是多少赫茲呢？

我們截取百度百科中的這段單位換算，以便大家更好地理解。

太赫茲表示10^12 赫茲頻率，也就是每秒鐘變換10^12 次方個周期。12個零太長了，所以就用“T”來代替，英語叫做 tera，所以也叫太拉赫茲，簡稱太赫。

比太赫茲更多“0”的還有PHz（拍赫茲）和EHz（艾赫茲）。這里也要記住一個英語表示數字的習慣，他們以3位為一組，可以用空格或者逗號隔開，有的國家甚至用點號隔開。

一般情況下，太赫茲波指的是電磁波頻率在0.1THz到10THz頻率范圍內的電磁波，對應的波長是3毫米-30微米，也就是在低頻段與毫米波有重合，在高頻段與紅外線有重合，介于毫米波和紅外線之間的一段電磁波頻譜。

這個頻率范圍也就決定了太赫茲的特性。

太赫茲既有毫米波的波動性，又有紅外線光的粒子性，在寬帶通信、雷達、電子對抗、電磁武器、天文學、醫學成像（無標記的基因檢查、細胞水平的成像）、無損檢測、安全檢查（生化物的檢查）等領域都可以廣泛應用。

太赫茲波的研究進展

太赫茲波這段頻譜由于波長極短，最長僅有3毫米，但又不到紅外線和光的頻段，所以在很長一段時間內，人們的認識非常局限，形成了著名的“太赫茲鴻溝”。

2004年，美國政府將太赫茲評選為“改變未來世界的十大技術”之一。2005年，日本也將太赫茲技術列為“國家支柱十大重點戰略目標”之首，舉全國之力進行研發。

我國在2005年的香山科技會議上，邀請國內多位在太赫茲研究領域有影響的院士專門討論我國太赫茲的發展方向，并制定了我國太赫茲技術的發展規劃。

目前，國內已經有多家研究機構開展太赫茲領域的相關研究，包含毒品和炸藥的太赫茲光譜識別、非極性航天材料內部缺陷無損檢測、以及安檢原型設備等等。

另外，美國、歐洲、亞洲、澳大利亞等許多國家和地區政府、機構、企業、大學和研究機構紛紛投入到太赫茲的研發熱潮之中。

太赫茲研究領域的開拓者之一，美國著名學者張希成博士稱：“Next-ray, T-Ray！”

太赫茲波的應用

太赫茲波段能夠覆蓋半導體、等離子體，有機體和生物大分子等物質的特征譜，可以拓展人類對物理學、化學、天文學、信息學和生命科學中一些基本科學問題的認識。

此外，太赫茲技術還可廣泛應用于雷達、遙感、國土安全與反恐、高保密的數據通訊與傳輸、大氣與環境監測、實時生物信息提取以及醫學診斷等領域。

因此，太赫茲研究對國民經濟和國家安全有重大的應用價值。太赫茲技術在成像，雷達，通信，生物醫學等領域有著廣泛的應用。

1. 太赫茲成像技術

跟其他波段的成像技術一樣，太赫茲成像也是利用射線照射被測物，通過物品的透射或反射獲得樣品的信息，進而成像。

中國科學院深圳先進技術研究院光電工程技術中心魯遠甫團隊提出并實現了一種基于空間傅里葉譜的新型太赫茲單像素成像技術。

太赫茲成像技術利用了太赫茲波的低能量和非電離波的特性，對人體危害極小，在安檢領域和醫學領域有著比較好的應用前景。

2. 太赫茲雷達

實際上太赫茲雷達也是利用了太赫茲的成像技術，寬頻太赫茲雷達能夠對目標物體進行高分辨率的三維成像，而且它還能從光譜數據中提取出目標物成分的詳細信息。

在陸、海、空、天、電磁五維戰場中，太赫茲都可以對目標物進行對象識別。太赫茲的獨特性能給軍事通信（寬帶通信）、雷達、電子對抗、電磁武器等領域帶來深遠的影響。

前不久，我國公布了首部太赫茲雷達研制成功的消息，雖然探測距離僅有1000米，但是其功能絕對是前所未有。

它可以在1000米范圍內，穿透周邊的所有障礙物，并對障礙物后面的目標進行識別，這就是現實中穿墻術。

對于反恐作戰來說，這絕對是最好的裝備，讓躲在障礙物后面的的恐怖分子無藏身之處。

3. 太赫茲通信

作為 6G 潛在技術之一，太赫茲技術對數據速率提升、超密集連接、低時延傳輸等具有積極作用。

2021年，發表在中興通訊技術的一篇文章對太赫茲在6G通信中的應用做了詳細的分析。

文章對太赫茲通信的應用場景做了詳細的分析論證，主要在無線回傳、前傳，車載通信和衛星通信領域的應用。

太赫茲波作為電磁波的一段重要的頻譜組成，其在未來的應用前景不可小覷。對于射頻工程師來說，這段頻譜也是需要去追蹤和掌握的，當我們完成毫米波通信的大規模運用之后，太赫茲通信，就是我們下一步需要攻克的難題。

需求不止，技術的發展也永不停止。

參考文獻

1. https://baike.baidu.com/item/%E7%94%B5%E7%A3%81%E6%B3%A2%E8%B0%B1/907208

2. https://zhuanlan.zhihu.com/p/44543468

3. https://www.sohu.com/a/197197261_99913293

4. https://nuctech.tezhongzhuangbei.com/gsdt_date_140193.html

5. https://www.zte.com.cn/content/dam/zte-site/res-www-zte-com-cn/mediares/magazine/publication/com_cn/article/202102/5.pdf

6. https://hophotonix.com/index.php/2022/02/24/tisthz/

7. https://baike.baidu.com/item/%E5%A4%AA%E8%B5%AB%E5%85%B9/9957632